JP6254384B2 - Artificial soil medium - Google Patents
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Description
本発明は、植物工場等において利用可能な人工土壌培地に関する。 The present invention relates to an artificial soil medium that can be used in a plant factory or the like.
近年、生育条件がコントロールされた環境下で野菜等の植物を栽培する植物工場が増加している。これまでの植物工場は、レタス等の葉物野菜の水耕栽培が中心であったが、最近では水耕栽培には向かない根菜類についても植物工場での栽培を試みる動きがある。根菜類を植物工場で栽培するためには、土壌としての基本性能に優れた人工土壌を開発する必要がある。特に、人工土壌では、保水性を高めて植物に対する水遣り回数を低減できる等、天然土壌では実現が困難な取扱いの容易性が求められる。 In recent years, plant factories that grow plants such as vegetables in an environment where growth conditions are controlled are increasing. The plant factories so far have mainly focused on hydroponic cultivation of leafy vegetables such as lettuce, but recently there is a movement to try cultivation of root vegetables that are not suitable for hydroponic cultivation in plant factories. In order to cultivate root vegetables in a plant factory, it is necessary to develop artificial soil with excellent basic performance as soil. In particular, in artificial soil, ease of handling that is difficult to realize in natural soil is required, such as increasing water retention and reducing the number of watering times for plants.
これまでに開発された人工土壌に関連する技術として、ピートモス等の植物質天然有機物と、保水剤としてゼオライト等の鉱物性材料とを分散混合させた土壌改良剤があった(特許文献1を参照)。特許文献1の土壌改良剤は、保水剤としてゼオライト等の鉱物性材料を含んでいるため、水持ちの悪い土壌を改良することができるとされている。
As a technique related to artificial soil that has been developed so far, there has been a soil conditioner in which a plant natural organic material such as peat moss and a mineral material such as zeolite are dispersed and mixed as a water retention agent (see Patent Document 1). ). Since the soil conditioner of
また、粒状コンクリート破砕物と粒状ヤシチップとを混合した人工土壌があった(特許文献2を参照)。特許文献2の人工土壌は、粒状コンクリート破砕物を混合しているため土壌の通気性が良く、さらに粒状ヤシチップを混合しているため土壌の保水性を良くするとされている。
Moreover, there was artificial soil in which granular concrete crushed material and granular palm chips were mixed (see Patent Document 2). The artificial soil of
人工土壌培地の開発にあたっては、天然土壌と同等の植物育成力を達成しながら、保水性や通気性を適切に維持できる機能が求められる。特に、通気性を維持しながら高い保水性を実現することは、植物に対する水遣り回数の低減や、植物の種類に応じた最適な栽培スケジュールを実現するために重要となる。人工土壌培地の通気性及び保水性は、人工土壌粒子間に形成される隙間と深く関係し、この隙間を最適な状態に維持することで、通気性を維持しながら高い保水性を実現することができる。また、人工土壌粒子は、人工土壌粒子内に水を保持するよう構成することができるため、人工土壌粒子の保水力を調整することで、天然土壌にはないさらに高い保水性を備えた付加価値の高い人工土壌培地を実現することができる。 In developing an artificial soil culture medium, a function capable of maintaining water retention and air permeability appropriately while achieving plant growth ability equivalent to natural soil is required. In particular, achieving high water retention while maintaining air permeability is important for reducing the number of watering times for plants and realizing an optimal cultivation schedule according to the type of plant. The air permeability and water retention of the artificial soil medium are deeply related to the gaps formed between the artificial soil particles. By maintaining these gaps in an optimal state, high water retention is achieved while maintaining the air permeability. Can do. In addition, artificial soil particles can be configured to retain water in the artificial soil particles, so by adjusting the water retention capacity of the artificial soil particles, added value with higher water retention not found in natural soil High artificial soil medium can be realized.
特許文献1は、保水剤としてゼオライトを分散混合させたものであるが、ゼオライトはダマになり易いため、適切な通気性を維持できるとは限らない。また、水遣り等の作業中に締め固め等が生じると、人工土壌の通気性及び保水力が低下する虞がある。
In
特許文献2は、粒状コンクリート破砕物と粒状ヤシチップとを混合させることにより通気性と保水性とを確保しているが、保水性は、粒状ヤシチップの水分吸放出特性に依存しているため、人工土壌全体としては一定の保水性しか維持することができず、高い保水性を実現することは困難である。
In
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数種の人工土壌粒子を含む人工土壌培地において、通気性を維持しながら高い保水性を備えることにより、栽培対象の植物に長期に亘って持続的に水分を供給することができる人工土壌培地を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to provide a high water retention capacity while maintaining air permeability in an artificial soil medium containing a plurality of types of artificial soil particles. An object of the present invention is to provide an artificial soil medium capable of continuously supplying water to a plant over a long period of time.
上記課題を解決するための本発明に係る人工土壌培地の特徴構成は、
水分吸放出特性及びサイズが異なる第一人工土壌粒子と第二人工土壌粒子とを含む人工土壌培地であって、
前記第一人工土壌粒子は、前記第二人工土壌粒子より前記水分吸放出特性が高く、且つ大きいサイズに構成されていることにある。
The characteristic configuration of the artificial soil culture medium according to the present invention for solving the above problems is as follows.
An artificial soil medium containing first artificial soil particles and second artificial soil particles having different moisture absorption and release characteristics and sizes,
The first artificial soil particles have higher moisture absorption / release characteristics than the second artificial soil particles and are configured to have a larger size.
本構成の人工土壌培地によれば、上記構成を備えるため、各種の人工土壌粒子の水分放出特性が重畳することになり、夫々の人工土壌粒子の水分放出特性が相互に補完され、ブロードな水分放出特性が得られる。また、本構成の人工土壌培地は、第一人工土壌粒子間に形成される空間に第二人工土壌粒子が密に充填されるため、人工土壌培地に効率的に水を保持することができる。その結果、単一の人工土壌粒子からなる人工土壌培地と比較して、栽培対象の植物に長期に亘って持続的に水分を供給することが可能となり、水遣りの頻度を低減することができる。 According to the artificial soil culture medium of this configuration, since the above-described configuration is provided, the moisture release characteristics of various artificial soil particles are superimposed, and the moisture release characteristics of the respective artificial soil particles are complemented with each other. Release characteristics are obtained. Moreover, since the artificial soil culture medium of this structure is densely filled with the second artificial soil particles in the space formed between the first artificial soil particles, water can be efficiently retained in the artificial soil culture medium. As a result, compared to an artificial soil medium composed of a single artificial soil particle, water can be continuously supplied to the plant to be cultivated over a long period of time, and the frequency of watering can be reduced.
本発明に係る人工土壌培地において、
前記第一人工土壌粒子は繊維を集合してなる繊維塊状体として構成され、前記第二人工土壌粒子はフィラーを集合してなる多孔質体として構成されることが好ましい。
In the artificial soil medium according to the present invention,
It is preferable that the first artificial soil particles are configured as a fiber mass formed by collecting fibers, and the second artificial soil particles are configured as a porous body formed by collecting fillers.
本構成の人工土壌培地によれば、第一人工土壌粒子は繊維を集合してなる繊維塊状体として構成されることから、高い水分吸放出特性を備え、第二人工土壌粒子はフィラーを集合してなる多孔質体として構成されることから、緩やかな水分吸放出特性を備えている。本構成の人工土壌培地は、夫々の人工土壌粒子に効果的に水を保持することができ、栽培対象の植物に長期に亘って持続的に水分を供給することが可能となる。この結果、水遣りの頻度を低減することができる。 According to the artificial soil medium of this configuration, since the first artificial soil particles are configured as a fiber mass formed by collecting fibers, the first artificial soil particles have high moisture absorption and release characteristics, and the second artificial soil particles collect fillers. Since it is configured as a porous body, it has moderate moisture absorption / release characteristics. The artificial soil culture medium of this structure can hold | maintain water effectively to each artificial soil particle, and it becomes possible to supply a water | moisture content continuously over a long term to the plant of cultivation object. As a result, the frequency of watering can be reduced.
本発明に係る人工土壌培地において、
前記第一人工土壌粒子の粒径と、前記第二人工土壌粒子の粒径との比率が、2:1〜32:1であることが好ましい。
In the artificial soil medium according to the present invention,
It is preferable that the ratio between the particle diameter of the first artificial soil particles and the particle diameter of the second artificial soil particles is 2: 1 to 32: 1.
本構成の人工土壌培地によれば、上記構成を備えるため、人工土壌培地の十分な通気性を確保しながら、第一人工土壌粒子間に形成される空間に第二人工土壌粒子をさらに密に充填させることができる。その結果、人工土壌培地の十分な通気性を確保しながら、高い保水性を実現することができる。 According to the artificial soil culture medium of this configuration, since the above configuration is provided, the second artificial soil particles are more densely packed in the space formed between the first artificial soil particles while ensuring sufficient air permeability of the artificial soil culture medium. Can be filled. As a result, high water retention can be achieved while ensuring sufficient air permeability of the artificial soil culture medium.
本発明に係る人工土壌培地において、
前記第一人工土壌粒子と前記第二人工土壌粒子との混合比率が、70:30〜30:70であることが好ましい。
In the artificial soil medium according to the present invention,
The mixing ratio of the first artificial soil particles and the second artificial soil particles is preferably 70:30 to 30:70.
本構成の人工土壌粒子によれば、上記構成を備えるため、各種人工土壌粒子の水分吸放出特性が効果的に重畳することになり、夫々の人工土壌粒子の水分吸放出特性が効果的に補完され、さらにブロードな水分放出特性が得られる。その結果、栽培対象の植物に長期に亘って持続的に水分を供給することが可能となり、水遣りの頻度を大幅に低減することができる。 According to the artificial soil particle of this configuration, since it has the above configuration, the moisture absorption / release characteristics of various artificial soil particles are effectively superimposed, and the moisture absorption / release characteristics of each artificial soil particle are effectively complemented. In addition, a broader moisture release characteristic is obtained. As a result, it becomes possible to supply moisture continuously to the plant to be cultivated over a long period of time, and the frequency of watering can be greatly reduced.
本発明に係る人工土壌培地において、
前記第一人工土壌粒子及び前記第二人工土壌粒子の少なくとも何れか一方にイオン交換能を付与してあることが好ましい。
In the artificial soil medium according to the present invention,
It is preferable that ion exchange capacity is imparted to at least one of the first artificial soil particles and the second artificial soil particles.
本構成の人工土壌培地によれば、上記人工土壌粒子の少なくとも何れか一方にイオン交換能を付与してあることから優れた保肥性を示し、栽培対象の植物に対して養分を適切に供給することができる。 According to the artificial soil culture medium of this structure, since the ion exchange capacity is imparted to at least one of the artificial soil particles, it exhibits excellent fertilizer retention and appropriately supplies nutrients to the plant to be cultivated can do.
以下、本発明に係る人工土壌培地に関する実施形態を図1及び図2に基づいて説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施形態や図面に記載される構成に限定されることを意図しない。 Hereinafter, the embodiment regarding the artificial soil culture medium which concerns on this invention is described based on FIG.1 and FIG.2. However, the present invention is not intended to be limited to the configurations described in the embodiments and drawings described below.
<人工土壌培地>
図1は、本発明の実施形態である二種類の人工土壌粒子50a,50bを含む人工土壌培地100を概念的に示した説明図である。図1では、人工土壌粒子50bの構造は簡略化して示してある。図2は、人工土壌培地100を構成する人工土壌粒子50a,50bの概念図である。人工土壌粒子50は、繊維1を集合して繊維塊状体とした第一人工土壌粒子50aと、フィラー2を集合して多孔質体とした第二人工土壌粒子50bとを含む。人工土壌培地100は、異なる水分放出特性を備えた2種類の人工土壌粒子50a,50bにより構成されている。ここで、「水分吸収特性」及び「水分放出特性」とは、水分吸収量、水分吸収タイミング、水分放出量、水分放出タイミング、保水量、含水量等の水分に関連する物理量や時間で表される状態であり、本明細書では、この「水分吸収特性」及び「水分放出特性」を「水分吸放出特性」と規定する。第一人工土壌粒子50aは、繊維塊状体であるため、高い水分吸放出特性を備えている。第一人工土壌粒子50aは、人工土壌培地100中に存在する水を速やかに吸収し、人工土壌粒子間に形成される隙間3に存在する水の量が少なくなると、速やかに水を人工土壌粒子50a外に放出する。これに対して、第二人工土壌粒子50bは、緩やかな水分吸放出特性を備えている。第二人工土壌粒子50bは多孔質体であるため、人工土壌培地100中に存在する水を多孔質体の孔に徐々に吸収し、人工土壌粒子間に形成される隙間3に存在する水の量が少なくなると、水を多孔質体の孔の水の保持能力が強いため徐々に水分を放出する。つまり、人工土壌培地100は、土壌の含水量が多い場合は、繊維塊状体である第一人工土壌粒子50aが速やかに水を吸収し、人工土壌粒子50aの保水量が多くなると、多孔質体である第二人工土壌粒子50bが徐々に水を吸収する。これにより、人工土壌粒子間に形成される隙間3の気相を確保することができる。一方、土壌の含水量が少ない場合は、繊維塊状体である第一人工土壌粒子50aが速やかに水を放出し、第一人工土壌粒子50aの保持している水の量が少なくなると、多孔質体である第二人工土壌粒子50bに保持されている水が第二人工土壌粒子50b外に徐々に放出される。従って、本発明の人工土壌培地100は、非常にブロードな水分吸放出特性を備えている。
<Artificial soil medium>
FIG. 1 is an explanatory diagram conceptually showing an artificial
人工土壌培地100は、図1に示すように、第一人工土壌粒子50aの粒径が、第二人工土壌粒子50bの粒径より大きくなるように設定されている。これにより、第一人工土壌粒子50a間に、第二人工土壌粒子50bが密に充填される。一般に、天然土壌は、土壌粒子間に隙間を有しており、当該隙間が気相率に関係する。隙間のサイズが大きくなると、気相率は高くなるが、水の保持能力は低下し、植物の利用できる水が少なくなる傾向がある。一方、隙間のサイズが小さくなると、水の保持能力は高くなるが、気相率が低下して、植物の根腐れが発生する虞がある。これに対して、人工土壌培地100は、人工土壌粒子50間の隙間3のサイズを小さく設定しても、人工土壌粒子50自体に気体と水分とを保持させることができるため、天然土壌ほど気相率が低下することはない。また、人工土壌粒子50間に形成される隙間3が小さくなれば、毛細管現象により隙間3自体にも一定の水が保持されることになり、人工土壌培地100全体の保水力は更に高まることになる。
As shown in FIG. 1, the artificial
第一人工土壌粒子50aの粒径と、第二人工土壌粒子50bの粒径との比率は、好ましくは2:1〜32:1であり、より好ましくは2:1〜7:1である。第一人工土壌粒子50aの粒径と第二人工土壌粒子50bの粒径との比率が、2:1より第二人工土壌粒子50bの方を大きくなるように設定すると、人工土壌粒子50間に形成される隙間3が大きくなり過ぎて十分な保水性が得られず、栽培植物の成長に悪影響が及ぶ虞がある。一方、第一人工土壌粒子50aの粒径と第二人工土壌粒子50bの粒径との比率が、32:1より第二人工土壌粒子50bの方を小さくなるように設定すると、人工土壌粒子50が密に充填され過ぎて、通気性が悪くなり、栽培植物の根腐れが発生する虞がある。
The ratio between the particle size of the first
第一人工土壌粒子50aと第二人工土壌粒子50bとの混合比率は、好ましくは70:30〜30:70であり、より好ましくは70:30〜50:50である。第一人工土壌粒子50aと第二人工土壌粒子50bとの混合比率が、70:30より第二人工土壌粒子50bの比率を少なくなるように設定すると、人工土壌粒子50間に形成される隙間3が大きくなり過ぎて十分な保水性が得られず、栽培植物の成長に悪影響が及ぶ虞がある。一方、第一人工土壌粒子50aと第二人工土壌粒子50bとの混合比率が、30:70より第二人工土壌粒子50bの比率を多くなるように設定すると、人工土壌粒子50が密に充填され過ぎて、通気性が悪くなり、栽培植物の根腐れが発生する虞がある。
The mixing ratio of the first
〔第一人工土壌粒子〕
図2(a)の第一人工土壌粒子50aは、繊維塊状体として構成される。繊維塊状体は、複数本の繊維1を集合させたものである。繊維塊状体を構成する繊維1の間には、空隙6が形成されている。繊維塊状体は、空隙6に水分を保持することができる。従って、繊維塊状体の空隙6の状態は、繊維塊状体の保水性に関係する。空隙6の状態は、繊維塊状体を形成する際の繊維1の使用量(密度)、繊維1の種類、太さ、長さ等を変更することにより調整可能である。なお、繊維1のサイズは、太さが1〜200μmのものが好ましく、長さが0.01〜10mmのものが好ましい。
[First artificial soil particles]
The 1st
第一人工土壌粒子50aの粒径は、2.0〜12.0mmであり、好ましくは3.0〜11.0mmであり、より好ましくは4.0〜10.0mmである。第一人工土壌粒子50aの粒径の調整は、例えば、篩による分級で行うことができる。第一人工土壌粒子50aの粒径が2.0mm未満の場合、第一人工土壌粒子50a内に保持される水の量が少なくなり、人工土壌培地100の保水性が十分高まらない虞がある。一方、第一人工土壌粒子50aの粒径が12.0mmを超えると、第一人工土壌粒子50a間に形成される空間に第二人工土壌粒子50bが細かく充填され過ぎて、通気性が悪くなる虞がある。第一人工土壌粒子50aの粒径は、例えば、光学顕微鏡観察及び画像処理法を用いて測定することができる。
The particle diameter of the first
繊維塊状体は、その内部に水分を保持できるように構成するため、繊維1として親水性の繊維を使用することが好ましい。繊維1の種類は、天然繊維又は合成繊維が適宜選択される。好ましい親水性の繊維として、例えば、天然繊維として綿、羊毛、レーヨン、セルロースファイバーが挙げられ、合成繊維として、例えば、ビニロン、ウレタン、ナイロン、アセテートが挙げられ、これらのうち、綿、セルロースファイバー、及びビニロンがより好ましい。天然繊維と合成繊維とを混繊したものでも構わない。
It is preferable to use a hydrophilic fiber as the
繊維塊状体を構成するに際し、繊維1の間に別の保水性材料(保水性材料である繊維1と区別するため、以後、第二保水性材料とする)を導入することも可能である。この場合、繊維塊状体は、本来有する繊維1間の空隙6による保水性に加え、第二保水性材料による保水力を備えることができる。第二保水性材料を繊維塊状体に導入する方法として、例えば、繊維1を造粒によって繊維塊状体を形成し、造粒中に第二保水性材料を添加する。また、繊維1の表面を第二保水性材料でコーティングしても構わない。これらの方法により繊維塊状体に導入された第二保水性材料は、繊維1間の空隙6において露出していることが好ましい。この場合、繊維塊状体は空隙6の保水力が大きく向上する。
In forming the fiber lump, it is also possible to introduce another water retention material (hereinafter referred to as a second water retention material to distinguish it from the
第二保水性材料は、吸水性を有する高分子保水材を使用することができる。例えば、ポリアクリル酸塩系ポリマー、ポリスルホン酸塩系ポリマー、ポリアクリルアミド系ポリマー、ポリビニルアルコール系ポリマー、ポリアルキレンオキサイド系ポリマー等の合成高分子系保水性材料、ポリアスパラギン酸塩系ポリマー、ポリグルタミン酸塩系ポリマー、ポリアルギン酸塩系ポリマー、セルロース系ポリマー、デンプン等の天然高分子系保水性材料が挙げられる。これらの第二保水性材料は、二種以上を組み合わせて使用することも可能である。また、第二保水性材料として、珪藻土、発泡ガラス、発泡金属、活性炭、及びセラミックス等の多孔質材を使用することも可能である。 As the second water retaining material, a polymer water retaining material having water absorption can be used. For example, polyacrylate polymer, polysulfonate polymer, polyacrylamide polymer, polyvinyl alcohol polymer, polyalkylene oxide polymer and other synthetic polymer water retention materials, polyaspartate polymer, polyglutamate Natural polymer water-retaining materials such as polymer, polyalginate polymer, cellulose polymer and starch. These 2nd water retention materials can also be used in combination of 2 or more types. Moreover, it is also possible to use porous materials, such as diatomaceous earth, foam glass, a foam metal, activated carbon, and ceramics, as a 2nd water retention material.
繊維塊状体は、公知の造粒法により形成される。例えば、長繊維をカーディング装置等で引揃え、3〜10mm程度の長さに切断し、生成した繊維を転動造粒、流動層造粒、攪拌造粒、圧縮造粒、押出造粒等の方法で造粒することにより形成する。造粒の際、繊維1に樹脂や糊等のバインダーを混合して造粒を行ってもよいが、繊維1は互いに絡まり合って固着化し易いため、バインダーを使用しない場合でも、繊維1を塊状に加工することが可能である。
The fiber lump is formed by a known granulation method. For example, long fibers are aligned with a carding device or the like, cut to a length of about 3 to 10 mm, and the produced fibers are tumbled granulated, fluidized bed granulated, stirred granulated, compressed granulated, extruded granulated, etc. It forms by granulating by the method of. During granulation, the
繊維塊状体を造粒するにあたり、繊維1として短繊維や、繊維パウダーを使用することも可能である。この場合、短繊維や繊維パウダーを撹拌混合造粒装置で撹拌しながらバインダーとして樹脂エマルジョンを少量ずつ投入して造粒する。これにより、繊維塊状体を形成する短繊維や繊維パウダー同士が一部で固定化され、強固な基部10を形成することができる。
In granulating the fiber mass, it is also possible to use short fibers or fiber powder as the
バインダーは、有機バインダー又は無機バインダーの何れも使用可能である。有機バインダーは、例えば、ポリオレフィン系バインダー、ポリビニルアルコール系バインダー、ポリウレタン系バインダー、ポリ酢酸ビニル系バインダー等の合成樹脂系バインダー、デンプン、カラギーナン、キサンタンガム、ジェランガム、アルギン酸などの多糖類、膠などの動物性たんぱく質等の天然物系バインダーが挙げられる。無機バインダーは、例えば、水ガラス等のケイ酸系バインダー、リン酸アルミニウム等のリン酸塩系バインダー、ホウ酸アルミニウム等のホウ酸塩系バインダー、セメント等の水硬性バインダーが挙げられる。有機バインダー及び無機バインダーは、二種以上を組み合わせて使用することも可能である。 As the binder, either an organic binder or an inorganic binder can be used. Organic binders include, for example, synthetic resin binders such as polyolefin binders, polyvinyl alcohol binders, polyurethane binders, polyvinyl acetate binders, polysaccharides such as starch, carrageenan, xanthan gum, gellan gum, alginic acid, and animal properties such as glue. Examples include natural product-based binders such as proteins. Examples of the inorganic binder include silicate binders such as water glass, phosphate binders such as aluminum phosphate, borate binders such as aluminum borate, and hydraulic binders such as cement. An organic binder and an inorganic binder can be used in combination of two or more.
繊維塊状体の外表部には、被覆層を形成してもよい。被覆層を設けることで、繊維塊状体の急激な乾燥を防止し、水分吸放出特性をコントロールすることができる。被覆層は、水分子が通過可能な超微細孔を有する膜である。あるいは、水分が一方側から浸透して他方側に移動可能な浸透性膜とすることもできる。被覆層は、例えば、以下の方法により繊維塊状体の外表部に形成される。先ず、造粒した繊維塊状体を容器に移し、繊維塊状体の体積(占有容積)の半分程度の水を加え、繊維塊状体の空隙6に水を浸み込ませる。次に、水を浸み込ませた繊維塊状体に、繊維塊状体の体積の1/20〜1/2の樹脂エマルジョンを添加する。樹脂エマルジョンには、顔料、香料、殺菌剤、抗菌剤、消臭剤、殺虫剤等の添加物を混合しておくことも可能である。次に、繊維塊状体の外表部に樹脂エマルジョンが均一に付着するように転動させながら、繊維塊状体の外表部から樹脂エマルジョンを含浸させる。このとき、繊維塊状体の中心部には水が浸み込んでいるため、樹脂エマルジョンは繊維塊状体の外表部付近で留まる。その後、樹脂エマルジョンが付着した繊維塊状体をオーブンで乾燥させ、次いで、樹脂を溶融させ、繊維塊状体の外表部付近の繊維1に樹脂を融着させて被覆層としての樹脂被膜を形成する。これにより、繊維塊状体の外表部を被覆層で被覆した第一人工土壌粒子50aが完成する。被覆層は、樹脂が溶融する際に樹脂エマルジョンに含まれていた溶媒が蒸発し、多孔質構造が形成される。得られた第一人工土壌粒子50aは、必要に応じて、乾燥及び分級が行われ、粒径が調整される。被覆層は、繊維塊状体を構成する繊維1の絡み合い部分(繊維1同士が接触する部分)を補強するように、繊維塊状体の外表部から若干内側に浸透した状態にまで厚みを形成してもよい。これにより、第一人工土壌粒子50aの強度及び耐久性を向上させることができる。被覆層の膜厚は、1〜200μmに設定され、好ましくは10〜100μmに設定され、より好ましくは20〜60μmに設定される。
A coating layer may be formed on the outer surface of the fiber lump. By providing the coating layer, rapid drying of the fiber mass can be prevented, and moisture absorption / release characteristics can be controlled. The coating layer is a film having ultrafine pores through which water molecules can pass. Or it can also be set as the permeable membrane which water | moisture content permeates from one side and can move to the other side. A coating layer is formed in the outer surface part of a fiber lump by the following methods, for example. First, the granulated fiber lump is transferred to a container, and water about half the volume (occupied volume) of the fiber lump is added to immerse the water in the
被覆層の材質は、水に不溶性で酸化され難いものが好ましく、例えば、樹脂材料が挙げられる。そのような樹脂材料として、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等の塩化ビニル系樹脂、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂、ポリスチレン等のスチロール系樹脂が挙げられる。これらのうち、ポリエチレンが好ましい。また、樹脂材料に代えて、ポリエチレングリコール等の合成高分子系のゲル化剤、又はアルギン酸ナトリウム等の天然ゲル化剤を使用することも可能である。 The material of the coating layer is preferably insoluble in water and hardly oxidized, and examples thereof include a resin material. Examples of such a resin material include polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene, vinyl chloride resins such as polyvinyl chloride and polyvinylidene chloride, polyester resins such as polyethylene terephthalate, and styrene resins such as polystyrene. Of these, polyethylene is preferred. In place of the resin material, a synthetic polymer gelling agent such as polyethylene glycol or a natural gelling agent such as sodium alginate can be used.
繊維塊状体及び被覆層には、イオン交換能を付与することもできる。繊維塊状体及び被覆層の少なくとも何れか一方にイオン交換能を付与することで、第一人工土壌粒子50aに植物の育成に必要な肥料成分を担持させることができるので、天然土壌と同等の植物育成力を備えた人工土壌を実現することが可能となる。
An ion exchange ability can also be imparted to the fiber mass and the coating layer. By providing ion exchange capacity to at least one of the fiber lump and the coating layer, the first
〔第二人工土壌粒子〕
図2(b)の第二人工土壌粒子50bは、多孔質体からなる。多孔質体は、複数のフィラー2が集合して粒状に構成されたものである。複数のフィラー2は、それらが互いに接触していることは必須ではなく、一粒子内でバインダー等を介して一定範囲内の相対的な位置関係を維持していれば、複数のフィラー2が集合して粒状になったものと考えることができる。
[Second artificial soil particle]
The 2nd
第二人工土壌粒子50bの粒径は、0.1〜2.0mmであり、好ましくは0.25〜2.0mmである。第二人工土壌粒子50bの粒径の調整は、例えば、篩による分級で行うことができる。第二人工土壌粒子50bの粒径が0.1mm未満の場合、第二人工土壌粒子50b間の隙間3が小さくなって排水性が低下することにより、栽培する植物が根から酸素を吸収し難くなる虞がある。一方、第二人工土壌粒子50bの粒径が2.0mmを超えると、第二人工土壌粒子50b間の隙間3が大きくなって十分な保水性が得られない虞がある。第二人工土壌粒子50bの粒径は、例えば、光学顕微鏡観察及び画像処理法を用いて測定することができる。
The particle diameter of the second
第二人工土壌粒子50bの多孔質体を構成するフィラー2は、表面から内部にかけて多数の細孔4を有する。細孔4は、種々の形態を含む。例えば、フィラー2が図1に示すゼオライトの場合、当該ゼオライトの結晶構造中に存在する空隙が細孔4である。また、フィラー2がハイドロタルサイトやベントナイト(図示せず)の場合、当該ハイドロタルサイトやベントナイトの層構造中に存在する層間が細孔4である。つまり、本発明において「細孔」とは、フィラー2の構造中に存在する空隙部、層間部、空間部等を意図し、これらは「孔状」の形態に限定されるものではない。
The
フィラー2の細孔4のサイズは、サブnmオーダー乃至サブμmオーダーとなる。フィラー2が図2(b)に示すゼオライトの場合、ゼオライトの結晶構造中に存在する空隙のサイズ(径)は、0.3〜1.3nm程度である。フィラー2がハイドロタルサイトの場合、当該ハイドロタルサイトの層構造中に存在する層間のサイズ(距離)は、0.3〜3.0nm程度である。この他に、フィラー2として有機多孔質材料を使用することもでき、その場合の細孔径は、0.1〜0.8μm程度となる。フィラー2の細孔4のサイズは、測定対象の状態に応じて、ガス吸着法、水銀圧入法、小角X線散乱法、画像処理法等を用いて、又はこれらの方法を組み合わせて、最適な方法により測定される。
The size of the
複数のフィラー2の間には、水分を保持可能なサブμmオーダー乃至サブmmオーダーの連通孔5が形成されている。連通孔5の周囲には細孔4が分散配置されている。連通孔5には主に水分が保持されるため、第二人工土壌粒子50bに一定の保水性を持たせることができる。連通孔5のサイズ(フィラー2間の距離の平均値)は、フィラー2やバインダーの種類、組成、造粒条件により変化し得るが、サブμmオーダー乃至サブmmオーダーとなる。フィラー2が図2(b)に示すゼオライトである場合、連通孔5のサイズは、0.1〜20μmである。連通孔5のサイズは、測定対象の状態に応じて、ガス吸着法、水銀圧入法、小角X線散乱法、画像処理法等を用いて、又はこれらの方法を組み合わせて、最適な方法により測定することができる。
Between the plurality of
フィラー2は、第二人工土壌粒子50bが十分な保肥力を有するように、細孔4にイオン交換能が付与された材料を使用することが好ましい。この場合、イオン交換能が付与された材料として、陽イオン交換能が付与された材料、陰イオン交換能が付与された材料、又は両者の混合物を使用することができる。また、イオン交換能を有さない多孔質材料(例えば、高分子発泡体、ガラス発泡体等)を別に用意し、当該多孔質材料の細孔4に上記のイオン交換能が付与された材料を圧入や含浸等によって導入し、これをフィラー2として使用することも可能である。陽イオン交換能が付与された材料として、陽イオン交換性鉱物、腐植、及び陽イオン交換樹脂が挙げられる。陰イオン交換能が付与された材料として、陰イオン交換性鉱物、及び陰イオン交換樹脂が挙げられる。
As the
陽イオン交換性鉱物は、例えば、モンモリロナイト、ベントナイト、バイデライト、ヘクトライト、サポナイト、スチブンサイト等のスメクタイト系鉱物、雲母系鉱物、バーミキュライト、ゼオライト等が挙げられる。陽イオン交換樹脂は、例えば、弱酸性陽イオン交換樹脂、強酸性陽イオン交換樹脂が挙げられる。これらのうち、ゼオライト、又はベントナイトが好ましい。陽イオン交換性鉱物及び陽イオン交換樹脂は、二種以上を組み合わせて使用することも可能である。陽イオン交換性鉱物及び陽イオン交換樹脂における陽イオン交換容量は、10〜700meq/100gに設定され、好ましくは20〜700meq/100gに設定され、より好ましくは30〜700meq/100gに設定される。陽イオン交換容量が10meq/100g未満の場合、十分に養分を取り込むことができず、取り込まれた養分も灌水等により早期に流失する虞がある。一方、陽イオン交換容量が700meq/100gを超えるように保肥力を過剰に大きくしても、効果は大きく向上せず、経済的ではない。 Examples of cation exchange minerals include smectite minerals such as montmorillonite, bentonite, beidellite, hectorite, saponite, and stevensite, mica minerals, vermiculite, and zeolite. Examples of the cation exchange resin include a weak acid cation exchange resin and a strong acid cation exchange resin. Of these, zeolite or bentonite is preferable. The cation exchange mineral and the cation exchange resin can be used in combination of two or more. The cation exchange capacity of the cation exchange mineral and the cation exchange resin is set to 10 to 700 meq / 100 g, preferably 20 to 700 meq / 100 g, and more preferably 30 to 700 meq / 100 g. When the cation exchange capacity is less than 10 meq / 100 g, the nutrients cannot be taken in sufficiently, and the taken-up nutrients may be lost early due to irrigation or the like. On the other hand, even if the fertilizer is excessively increased so that the cation exchange capacity exceeds 700 meq / 100 g, the effect is not greatly improved and it is not economical.
陰イオン交換性鉱物は、例えば、ハイドロタルサイト、マナセアイト、パイロオーライト、シェーグレン石、緑青等の主骨格として複水酸化物を有する天然層状複水酸化物、合成ハイドロタルサイト及びハイドロタルサイト様物質、アロフェン、イモゴライト、カオリン等の粘土鉱物が挙げられる。陰イオン交換樹脂は、例えば、弱塩基性陰イオン交換樹脂、強塩基性陰イオン交換樹脂が挙げられる。これらのうち、ハイドロタルサイトが好ましい。陰イオン交換性鉱物及び陰イオン交換樹脂は、二種以上を組み合わせて使用することも可能である。陰イオン交換性鉱物及び陰イオン交換樹脂における陰イオン交換容量は、5〜500meq/100gに設定され、好ましくは20〜500meq/100gに設定され、より好ましくは30〜500meq/100gに設定される。陰イオン交換容量が5meq/100g未満の場合、十分に養分を取り込むことができず、取り込まれた養分も灌水等により早期に流失する虞がある。一方、陰イオン交換容量が500meq/100gを超えるように保肥力を過剰に大きくしても、効果は大きく向上せず、経済的ではない。 Anion-exchange minerals include, for example, natural layered double hydroxides that have double hydroxides as the main skeleton such as hydrotalcite, manaceite, pyroaulite, sjoglenite, patina, synthetic hydrotalcite and hydrotalcite-like Materials, clay minerals such as allophane, imogolite, kaolin and the like. Examples of the anion exchange resin include weakly basic anion exchange resins and strong basic anion exchange resins. Of these, hydrotalcite is preferred. An anion exchange mineral and an anion exchange resin can be used in combination of two or more. The anion exchange capacity of the anion exchange mineral and the anion exchange resin is set to 5 to 500 meq / 100 g, preferably 20 to 500 meq / 100 g, and more preferably 30 to 500 meq / 100 g. When the anion exchange capacity is less than 5 meq / 100 g, the nutrients cannot be taken in sufficiently, and the taken-up nutrients may be lost early due to irrigation or the like. On the other hand, even if the fertilizer is excessively increased so that the anion exchange capacity exceeds 500 meq / 100 g, the effect is not greatly improved and it is not economical.
フィラー2がゼオライトやハイドロタルサイトのような無機天然鉱物である場合、複数のフィラー2を集合して粒状物(第二人工土壌粒子50b)を構成するために、高分子ゲル化剤のゲル化反応が好適に利用される。高分子ゲル化剤のゲル化反応として、例えば、アルギン酸塩と多価金属イオンとのゲル化反応、カルボキシメチルセルロース(CMC)のゲル化反応、カラギーナンなどの多糖類の二重らせん構造化反応によるゲル化反応が挙げられる。このうち、アルギン酸塩と多価金属イオンとのゲル化反応について説明する。アルギン酸塩の一つであるアルギン酸ナトリウムは、アルギン酸のカルボキシル基がNaイオンと結合した形態の中性塩である。アルギン酸は水に不要であるが、アルギン酸ナトリウムは水溶性である。アルギン酸ナトリウム水溶液を多価金属イオン(例えば、Caイオン)の水溶液中に添加すると、アルギン酸ナトリウムの分子間でイオン架橋が起こりゲル化する。本実施形態の場合、ゲル化反応は、以下の工程により行うことができる。初めに、アルギン酸塩を水に溶解させてアルギン酸塩水溶液を調製し、アルギン酸塩水溶液にフィラー2を添加し、これを十分攪拌して、アルギン酸塩水溶液中にフィラー2が分散した混合液を形成する。次に、混合液を多価金属イオン水溶液中に滴下し、混合液に含まれるアルギン酸塩を粒状にゲル化させる。その後、ゲル化した粒子を回収して水洗し、十分に乾燥させる。これにより、アルギン酸塩及び多価金属イオンから形成されるアルギン酸ゲル中にフィラー2が分散した粒状物としての人工土壌粒子50bが得られる。
When the
ゲル化反応に使用可能なアルギン酸塩は、例えば、アルギン酸ナトリウム、アルギン酸カリウム、アルギン酸アンモニウムが挙げられる。これらのアルギン酸塩は、二種以上を組み合わせて使用することも可能である。アルギン酸塩水溶液の濃度は、0.1〜5重量%とし、好ましくは0.2〜5重量%とし、より好ましくは0.2〜3重量%とする。アルギン酸塩水溶液の濃度が0.1重量%未満の場合、ゲル化反応が起こり難くなり、5重量%を超えると、アルギン酸塩水溶液の粘度が大きくなり過ぎるため、フィラー2を添加した混合液の攪拌や、混合液を多価金属イオン水溶液中に滴下することが困難になる。 Examples of alginates that can be used in the gelation reaction include sodium alginate, potassium alginate, and ammonium alginate. These alginate can be used in combination of two or more. The concentration of the alginate aqueous solution is 0.1 to 5% by weight, preferably 0.2 to 5% by weight, and more preferably 0.2 to 3% by weight. When the concentration of the alginate aqueous solution is less than 0.1% by weight, the gelation reaction hardly occurs. When the concentration exceeds 5% by weight, the viscosity of the alginate aqueous solution becomes too large. In addition, it is difficult to drop the mixed solution into the aqueous solution of the polyvalent metal ion.
アルギン酸塩水溶液を滴下する多価金属イオン水溶液は、アルギン酸塩と反応してゲル化が起きる2価以上の金属イオン水溶液であればよい。そのような多価金属イオン水溶液の例として、塩化カルシウム、塩化バリウム、塩化ストロンチウム、塩化ニッケル、塩化アルミニウム、塩化鉄、塩化コバルト等の多価金属の塩化物水溶液、硝酸カルシウム、硝酸バリウム、硝酸アルミニウム、硝酸鉄、硝酸銅、硝酸コバルト等の多価金属の硝酸塩水溶液、乳酸カルシウム、乳酸バリウム、乳酸アルミニウム、乳酸亜鉛等の多価金属の乳酸塩水溶液、硫酸アルミニウム、硫酸亜鉛、硫酸コバルト等の多価金属の硫酸塩水溶液が挙げられる。これらの多価金属イオン水溶液は、二種以上を組み合わせて使用することも可能である。多価金属イオン水溶液の濃度は、1〜20重量%とし、好ましくは2〜15重量%とし、より好ましくは3〜10重量%とする。多価金属イオン水溶液の濃度が1重量%未満の場合、ゲル化反応が起こり難くなり、20重量%を超えると、金属塩の溶解に時間が掛かるとともに、過剰の材料を使用することになるため、経済的でない。 The polyvalent metal ion aqueous solution to which the alginate aqueous solution is dropped may be a divalent or higher metal ion aqueous solution that reacts with the alginate and causes gelation. Examples of such polyvalent metal ion aqueous solutions include aqueous chloride solutions of polyvalent metals such as calcium chloride, barium chloride, strontium chloride, nickel chloride, aluminum chloride, iron chloride, cobalt chloride, calcium nitrate, barium nitrate, aluminum nitrate. Nitrate aqueous solutions of polyvalent metals such as iron nitrate, copper nitrate and cobalt nitrate, lactate aqueous solutions of polyvalent metals such as calcium lactate, barium lactate, aluminum lactate and zinc lactate, aluminum sulfate, zinc sulfate, cobalt sulfate etc. An aqueous solution of a valent metal sulfate is mentioned. These polyvalent metal ion aqueous solutions can be used in combination of two or more. The concentration of the polyvalent metal ion aqueous solution is 1 to 20% by weight, preferably 2 to 15% by weight, and more preferably 3 to 10% by weight. When the concentration of the polyvalent metal ion aqueous solution is less than 1% by weight, the gelation reaction hardly occurs. When the concentration exceeds 20% by weight, it takes time to dissolve the metal salt and excessive materials are used. Not economical.
第二人工土壌粒子50bを形成するためのフィラー2の粒状化は、上述のゲル化反応の他、バインダーを用いた造粒法によって行うこともできる。これは、例えば、フィラー2にバインダーや溶媒等を加えて混合し、混合物を造粒機に導入し、転動造粒、流動層造粒、攪拌造粒、圧縮造粒、押出造粒、破砕造粒、溶融造粒、噴霧造粒等の公知の造粒法により行うことができる。得られた造粒体は、必要に応じて乾燥及び分級が行われ、第二人工土壌粒子50bが完成する。また、フィラー2にバインダーを加え、さらに必要に応じて溶媒等を加えて混練し、これを乾燥してブロック状にしたものを、乳鉢及び乳棒、ハンマーミル、ロールクラッシャー等の粉砕手段で適宜粉砕して粒状物とすることも可能である。この粒状物は、そのまま第二人工土壌粒子50bとして用いることもできるが、篩にかけて所望の粒径に調整することが好ましい。
The granulation of the
バインダーは、有機バインダー又は無機バインダーの何れも使用可能である。有機バインダーは、例えば、ポリオレフィン系バインダー、ポリビニルアルコール系バインダー、ポリウレタン系バインダー、ポリ酢酸ビニル系バインダー等の合成樹脂系バインダー、デンプン、カラギーナン、キサンタンガム、ジェランガム、アルギン酸などの多糖類、膠などの動物性たんぱく質等の天然物系バインダーが挙げられる。無機バインダーは、例えば、水ガラス等のケイ酸系バインダー、リン酸アルミニウム等のリン酸塩系バインダー、ホウ酸アルミニウム等のホウ酸塩系バインダー、セメント等の水硬性バインダーが挙げられる。有機バインダー及び無機バインダーは、二種以上を組み合わせて使用することも可能である。 As the binder, either an organic binder or an inorganic binder can be used. Organic binders include, for example, synthetic resin binders such as polyolefin binders, polyvinyl alcohol binders, polyurethane binders, polyvinyl acetate binders, polysaccharides such as starch, carrageenan, xanthan gum, gellan gum, alginic acid, and animal properties such as glue. Examples include natural product-based binders such as proteins. Examples of the inorganic binder include silicate binders such as water glass, phosphate binders such as aluminum phosphate, borate binders such as aluminum borate, and hydraulic binders such as cement. An organic binder and an inorganic binder can be used in combination of two or more.
フィラー2が有機多孔質材料である場合、第二人工土壌粒子50bの形成は、バインダーを用いた上述のフィラー2の粒状化法と同様の方法で行ってもよいが、フィラー2を、当該フィラー2を構成する有機多孔質材料(高分子材料等)の融点以上の温度に加熱し、複数のフィラー2の表面同士を熱融着させて粒状化することにより、第二人工土壌粒子50bを形成することも可能である。この場合、バインダーを使用しなくても、複数のフィラー2が集合した粒状物を得ることができる。そのような有機多孔質材料として、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリビニルアルコール、セルロール等の有機高分子材料を発泡させた有機高分子発泡体、前記有機高分子材料の粉体を加熱溶融して連続気泡構造を形成した有機高分子多孔質体が挙げられる。
When the
なお、図示しないが、第二人工土壌粒子50bの多孔質体の外表部に、第一人工土壌粒子50aと同様の被覆層を設けることも可能である。被覆層を設けることにより、第二人工土壌粒子50bの水分吸放出特性をより精密にコントロールすることが可能となる。
In addition, although not shown in figure, it is also possible to provide the coating layer similar to the 1st
次に、本発明の人工土壌培地を使用した実施例について説明する。実施例では、人工土壌培地の違いによる保水性及び通気性の特性の変化を測定し、評価した。第一人工土壌粒子及び第二人工土壌粒子を以下の方法で作製した。さらに、第一人工土壌粒子及び/又は第二人工土壌粒子を用いて、実施例及び比較例に供する人工土壌培地を調製した。 Next, the Example using the artificial soil culture medium of this invention is described. In the examples, changes in water retention and air permeability characteristics due to differences in the artificial soil medium were measured and evaluated. The 1st artificial soil particle and the 2nd artificial soil particle were produced with the following method. Furthermore, the artificial soil culture medium used for an Example and a comparative example was prepared using the 1st artificial soil particle and / or the 2nd artificial soil particle.
〔第一人工土壌粒子の作製〕
実施例で使用する第一人工土壌粒子は、2種類の繊維を使用して異なる3種類の第一人工土壌粒子を作製し、人工土壌培地に用いた。3種類の第一人工土壌粒子を以下の方法で作製した。
[Production of first artificial soil particles]
As the first artificial soil particles used in the examples, three different types of first artificial soil particles were prepared using two types of fibers, and used for an artificial soil medium. Three types of first artificial soil particles were produced by the following method.
(ビニロン繊維球)
見かけの容積で1000ccのビニロン短繊維(長さ0.5mm 株式会社クラレ製)を撹拌混合造粒装置(有限会社G−Labo製)で撹拌、転動させながらポリエチレンエマルジョン(セポルジョン(登録商標)G315、住友精化株式会社製、濃度40重量%)を約10倍に希釈したものを加えて造粒し、内部にポリエチレンエマルジョンを含浸させた粒子状の繊維塊状体を形成した。次いで、同じポリエチレンエマルジョンを体積の1/2となるように加えて外表部にエマルジョンが均一に付着するように転がしながら含浸させた。エマルジョンが含浸した繊維塊状体をオーブンで60℃で乾燥した後、100℃でエマルジョン中のポリエチレンを溶融させて繊維に融着させることにより短繊維同士を固定化し、第一人工土壌粒子を得た。この第一人工土壌粒子の粒径は0.5〜11.2mmの範囲内とした。
(Vinylon fiber ball)
A polyethylene emulsion (Separjon (registered trademark) G315) with an apparent volume of 1000 cc vinylon short fibers (length: 0.5 mm, manufactured by Kuraray Co., Ltd.) stirred and rolled with a stirring and mixing granulator (manufactured by G-Labo Co., Ltd.) , Manufactured by Sumitomo Seika Co., Ltd., concentration of about 40% by weight) was added and granulated to form a granular fiber mass impregnated with polyethylene emulsion inside. Next, the same polyethylene emulsion was added so as to be ½ of the volume, and impregnated while rolling so that the emulsion adhered uniformly to the outer surface. After the fiber lump impregnated with the emulsion was dried in an oven at 60 ° C., the short fibers were fixed by melting the polyethylene in the emulsion at 100 ° C. and fusing the fibers to obtain first artificial soil particles. . The particle diameter of the first artificial soil particles was in the range of 0.5 to 11.2 mm.
(セルロース繊維球)
セルロースファイバー(アボセルB800、昭和化学工業株式会社製)をカーディング装置で引きそろえ、3〜10mm程度の長さに切断して、回転する2枚の板の間に入れて転がさせながら、ポリエチレンエマルジョン(セポルジョン(登録商標)G315、住友精化株式会社製、濃度40重量%)を約10倍に希釈したものを加えて造粒し、内部にポリエチレンエマルジョンを含浸させた粒子状の繊維塊状体を形成した。次いで、同じポリエチレンエマルジョンを体積の1/2となるように加えて外表部にエマルジョンが均一に付着するように転がしながら含浸させた。エマルジョンが含浸した繊維塊状体をオーブンで60℃で乾燥した後、100℃でエマルジョン中のポリエチレンを溶融させて繊維に融着させることにより、セルロースファイバー同士を固定化し、第一人工土壌粒子を得た。この第一人工土壌粒子のサイズは〜8mmの範囲となるように調製した。
(Cellulose fiber sphere)
Cellulose fibers (Avocel B800, manufactured by Showa Chemical Industry Co., Ltd.) are aligned with a carding device, cut to a length of about 3 to 10 mm, put between two rotating plates, rolled into a polyethylene emulsion ( Sepouljon (registered trademark) G315, manufactured by Sumitomo Seika Co., Ltd., concentration 40% by weight) is added and granulated to form a granular fiber mass impregnated with polyethylene emulsion inside did. Next, the same polyethylene emulsion was added so as to be ½ of the volume, and impregnated while rolling so that the emulsion adhered uniformly to the outer surface. After the fiber mass impregnated with the emulsion is dried in an oven at 60 ° C., the polyethylene in the emulsion is melted and fused to the fibers at 100 ° C., thereby fixing the cellulose fibers to obtain first artificial soil particles. It was. The size of the first artificial soil particles was prepared to be in the range of ˜8 mm.
(セルロース・ビニロン混繊球)
セルロースファイバー(アボセルB800、昭和化学工業株式会社製)をカーディング装置で引きそろえ、3〜10mm程度の長さに切断した。次いで、回転する2枚の板の間にセルロースファイバーとビニロン短繊維(長さ0.5mm 株式会社クラレ製)とを同量添加して転がさせながら、ポリエチレンエマルジョン(セポルジョン(登録商標)G315、住友精化株式会社製、濃度40重量%)を約10倍に希釈したものを加えて造粒し、内部にポリエチレンエマルジョンを含浸させた粒子状の繊維塊状体を形成した。次いで、同じポリエチレンエマルジョンを体積の1/2となるように加えて外表部にエマルジョンが均一に付着するように転がしながら含浸させた。エマルジョンが含浸した繊維塊状体をオーブンで60℃で乾燥した後、100℃でエマルジョン中のポリエチレンを溶融させて繊維に融着させることにより、繊維同士を固定化し、第一人工土壌粒子を得た。この第一人工土壌粒子のサイズは0.5〜1mmの範囲となるように調製した。
(Cellulose and vinylon blended spheres)
Cellulose fibers (Avocel B800, manufactured by Showa Chemical Industry Co., Ltd.) were aligned with a carding device and cut to a length of about 3 to 10 mm. Next, while adding the same amount of cellulose fiber and short vinylon fiber (length: 0.5 mm, manufactured by Kuraray Co., Ltd.) between the two rotating plates, a polyethylene emulsion (Separjon (registered trademark) G315, Sumitomo Seiki) was added. The product was granulated by adding about 10 times the concentration (made by Kasei Co., Ltd., concentration: 40% by weight) to form a granular fiber mass impregnated with a polyethylene emulsion. Next, the same polyethylene emulsion was added so as to be ½ of the volume, and impregnated while rolling so that the emulsion adhered uniformly to the outer surface. After drying the fiber lump impregnated with the emulsion at 60 ° C. in an oven, the fibers in the emulsion were melted and fused to the fibers at 100 ° C., thereby fixing the fibers to obtain first artificial soil particles. . The size of the first artificial soil particles was prepared to be in the range of 0.5 to 1 mm.
〔第二人工土壌粒子の作製〕
フィラーとしてゼオライト及びハイドロタルサイトを使用し、アルギン酸塩としてアルギン酸ナトリウムを使用し、多価金属イオン水溶液として5%塩化カルシウム水溶液を使用した。和光純薬工業株式会社製の試薬アルギン酸ナトリウムを水に溶解させて濃度0.5%の水溶液を調製し、アルギン酸ナトリウム0.5%水溶液100重量部に株式会社エコウエル製の人工ゼオライト「琉球ライト600」10重量部、及び和光純薬工業株式会社製の試薬ハイドロタルサイト10重量部を添加して混合した。混合液を5%塩化カルシウム水溶液中に1滴/秒の速度で滴下した。滴下した液滴が粒子状にゲル化した後、粒子状ゲルを回収して水洗し、55℃に設定した乾燥機で24時間乾燥させた。また、0.1mmより小さい粒径の人工土壌粒子を作製する場合は、乾燥させた粒状物を乳鉢等で粉砕して作製した。この人工土壌粒子の粒径は11.2mm以下とした。
[Production of second artificial soil particles]
Zeolite and hydrotalcite were used as fillers, sodium alginate was used as the alginate, and 5% calcium chloride aqueous solution was used as the polyvalent metal ion aqueous solution. A reagent sodium alginate manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. is dissolved in water to prepare an aqueous solution having a concentration of 0.5%, and an artificial zeolite “Ryukyu Light 600 made by Ecowell Co., Ltd. 10 parts by weight and 10 parts by weight of a reagent hydrotalcite manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. were added and mixed. The mixed solution was dropped into a 5% calcium chloride aqueous solution at a rate of 1 drop / second. After the dropped droplets were gelled, the particulate gel was recovered, washed with water, and dried for 24 hours with a dryer set at 55 ° C. Moreover, when producing the artificial soil particle | grains of a particle size smaller than 0.1 mm, the dried granular material was grind | pulverized with the mortar etc. and produced. The particle size of the artificial soil particles was 11.2 mm or less.
〔異なる人工土壌粒子の組合せによる人工土壌培地の保水性及び通気性の評価〕
実施例1〜10の人工土壌培地は、第一人工土壌粒子の粒径が第二人工土壌粒子の粒径よりも大きくなるように調製した。比較例1〜9の人工土壌培地は、第一人工土壌粒子又は第二人工土壌粒子の何れか単独で調製したもの、あるいは、第二人工土壌粒子の粒径が第一人工土壌粒子の粒径よりも大きくなるように調製したものを使用した。各実施例及び比較例の詳細を、以下に示す。
(1)実施例1:第一人工土壌粒子(ビニロン繊維球)を粒径8〜11.2mm、第二人工土壌粒子を粒径1〜2mmに作製し、第一人工土壌粒子と第二人工土壌粒子との配合割合を50:50に調製した。
(2)実施例2:第一人工土壌粒子(ビニロン繊維球)を粒径8〜11.2mm、第二人工土壌粒子を粒径0.1〜0.5mmに作製し、第一人工土壌粒子と第二人工土壌粒子との配合割合を50:50に調製した。
(3)実施例3:第一人工土壌粒子(ビニロン繊維球)を粒径2〜4mm、第二人工土壌粒子を粒径0.5〜2mmに作製し、第一人工土壌粒子と第二人工土壌粒子との配合割合を50:50に調製した。
(4)実施例4:第一人工土壌粒子(ビニロン繊維球)を粒径2〜11.2mm、第二人工土壌粒子を粒径0.5〜2mmに作製し、第一人工土壌粒子と第二人工土壌粒子との配合割合を50:50に調製した。
(5)実施例5:第一人工土壌粒子(ビニロン繊維球)を粒径2〜11.2mm、第二人工土壌粒子を粒径0.5〜1mmに作製し、第一人工土壌粒子と第二人工土壌粒子との配合割合を50:50に調製した。
(6)実施例6:第一人工土壌粒子(ビニロン繊維球)を粒径4〜6mm、第二人工土壌粒子を粒径0.5〜1mmに作製し、第一人工土壌粒子と第二人工土壌粒子との配合割合を30:70に調製した。
(7)実施例7:第一人工土壌粒子(ビニロン繊維球)を粒径2〜4mm、第二人工土壌粒子を粒径0.1〜0.5mmに作製し、第一人工土壌粒子と第二人工土壌粒子との配合割合を70:30に調製した。
(8)実施例8:第一人工土壌粒子(セルロース繊維球)を粒径4〜6mm、第二人工土壌粒子を粒径0.5〜1mmに作製し、第一人工土壌粒子と第二人工土壌粒子との配合割合を50:50に調製した。
(9)実施例9:第一人工土壌粒子(セルロース繊維球)を粒径2〜4mm、第二人工土壌粒子を粒径0.1〜0.5mmに作製し、第一人工土壌粒子と第二人工土壌粒子との配合割合を30:70に調製した。
(10)実施例10:第一人工土壌粒子(セルロース・ビニロン混繊球)を粒径4〜6mm、第二人工土壌粒子を粒径0.5〜1mmに作製し、第一人工土壌粒子と第二人工土壌粒子との配合割合を70:30に調製した。
(11)比較例1:第一人工土壌粒子(ビニロン繊維球)を粒径8〜11.2mmに作製し、第一人工土壌粒子100%で人工土壌培地を調製した。
(12)比較例2:第一人工土壌粒子(ビニロン繊維球)を粒径2〜4mmに作製し、第一人工土壌粒子100%で人工土壌培地を調製した。
(13)比較例3:第一人工土壌粒子(ビニロン繊維球)を粒径0.5〜1mmに作製し、第一人工土壌粒子100%で人工土壌培地を調製した。
(14)比較例4:第一人工土壌粒子(セルロース繊維球)を粒径5.6〜8mmに作製し、第一人工土壌粒子100%で人工土壌培地を調製した。
(15)比較例5:第二人工土壌粒子を粒径1〜2mmに作製し、第二人工土壌粒子100%で人工土壌培地を調製した。
(16)比較例6:第二人工土壌粒子を粒径0.1mm以下に作製し、第二人工土壌粒子100%で人工土壌培地を調製した。
(17)比較例7:第一人工土壌粒子(ビニロン繊維球)を粒径2〜4mm、第二人工土壌粒子を粒径3.35〜5.6mmに作製し、第一人工土壌粒子と第二人工土壌粒子との配合割合を50:50に調製した。
(18)比較例8:第一人工土壌粒子(ビニロン繊維球)を粒径0.5〜2mm、第二人工土壌粒子を粒径1〜2mmに作製し、第一人工土壌粒子と第二人工土壌粒子との配合割合が50:50に調製した。
(19)比較例9:市販のピートモスの土壌(グリーンメール社製)を使用した。
[Evaluation of water retention and air permeability of artificial soil medium by combination of different artificial soil particles]
The artificial soil culture media of Examples 1 to 10 were prepared so that the particle size of the first artificial soil particles was larger than the particle size of the second artificial soil particles. The artificial soil culture media of Comparative Examples 1 to 9 were prepared using either the first artificial soil particle or the second artificial soil particle alone, or the particle diameter of the second artificial soil particle is the particle size of the first artificial soil particle. What was prepared so that it might become larger than was used. Details of each example and comparative example are shown below.
(1) Example 1: First artificial soil particles (vinylon fiber spheres) having a particle size of 8 to 11.2 mm and second artificial soil particles having a particle size of 1 to 2 mm were prepared. The blending ratio with soil particles was adjusted to 50:50.
(2) Example 2: First artificial soil particles (vinylon fiber spheres) having a particle size of 8 to 11.2 mm and second artificial soil particles having a particle size of 0.1 to 0.5 mm were prepared. The mixing ratio of the second artificial soil particles was adjusted to 50:50.
(3) Example 3: First artificial soil particles (vinylon fiber spheres) having a particle size of 2 to 4 mm and second artificial soil particles having a particle size of 0.5 to 2 mm were prepared. The blending ratio with soil particles was adjusted to 50:50.
(4) Example 4: First artificial soil particles (vinylon fiber spheres) having a particle size of 2 to 11.2 mm and second artificial soil particles having a particle size of 0.5 to 2 mm were prepared. The blending ratio with the two artificial soil particles was adjusted to 50:50.
(5) Example 5: First artificial soil particles (vinylon fiber spheres) having a particle size of 2 to 11.2 mm and second artificial soil particles having a particle size of 0.5 to 1 mm were prepared. The blending ratio with the two artificial soil particles was adjusted to 50:50.
(6) Example 6: First artificial soil particles (vinylon fiber spheres) having a particle size of 4 to 6 mm and second artificial soil particles having a particle size of 0.5 to 1 mm are prepared. The blending ratio with soil particles was adjusted to 30:70.
(7) Example 7: First artificial soil particles (vinylon fiber spheres) having a particle size of 2 to 4 mm and second artificial soil particles having a particle size of 0.1 to 0.5 mm were prepared. The blending ratio with the two artificial soil particles was adjusted to 70:30.
(8) Example 8: First artificial soil particles (cellulose fiber spheres) having a particle size of 4 to 6 mm and second artificial soil particles having a particle size of 0.5 to 1 mm were prepared. The blending ratio with soil particles was adjusted to 50:50.
(9) Example 9: First artificial soil particles (cellulose fiber spheres) having a particle size of 2 to 4 mm and second artificial soil particles having a particle size of 0.1 to 0.5 mm were prepared. The blending ratio with the two artificial soil particles was adjusted to 30:70.
(10) Example 10: First artificial soil particles (cellulose-vinylon blended spheres) having a particle size of 4 to 6 mm and second artificial soil particles having a particle size of 0.5 to 1 mm are prepared. The blending ratio with the second artificial soil particles was adjusted to 70:30.
(11) Comparative Example 1: First artificial soil particles (vinylon fiber spheres) were prepared with a particle size of 8 to 11.2 mm, and an artificial soil medium was prepared with 100% of the first artificial soil particles.
(12) Comparative Example 2: First artificial soil particles (vinylon fiber spheres) were prepared to have a particle diameter of 2 to 4 mm, and an artificial soil medium was prepared with 100% of the first artificial soil particles.
(13) Comparative Example 3: First artificial soil particles (vinylon fiber spheres) were prepared to have a particle size of 0.5 to 1 mm, and an artificial soil medium was prepared with 100% of the first artificial soil particles.
(14) Comparative Example 4: First artificial soil particles (cellulose fiber spheres) were prepared to have a particle size of 5.6 to 8 mm, and an artificial soil medium was prepared with 100% of the first artificial soil particles.
(15) Comparative Example 5: Second artificial soil particles were prepared with a particle size of 1 to 2 mm, and an artificial soil medium was prepared with 100% of the second artificial soil particles.
(16) Comparative Example 6: Second artificial soil particles were prepared with a particle size of 0.1 mm or less, and an artificial soil medium was prepared with 100% of the second artificial soil particles.
(17) Comparative Example 7: First artificial soil particles (vinylon fiber spheres) having a particle size of 2 to 4 mm and second artificial soil particles having a particle size of 3.35 to 5.6 mm were prepared. The blending ratio with the two artificial soil particles was adjusted to 50:50.
(18) Comparative Example 8: First artificial soil particles (vinylon fiber spheres) having a particle size of 0.5 to 2 mm and second artificial soil particles having a particle size of 1 to 2 mm are prepared. The blending ratio with soil particles was adjusted to 50:50.
(19) Comparative Example 9: Commercially available peat moss soil (manufactured by Greenmer) was used.
<試験内容>
(1)保水性:クロマト管(径:30mm、長さ:300mm)に試験対象の土壌150ccを充填し、クロマト管の上部から水を100ml滴下し、クロマト管の下部より水を抜き、3分間クロマト管から落水しなくなった時の重量を測定し、予め測定しておいた試験対象の土壌の重量を差し引いた。これを、試験対象の土壌100ccに対する保水量に換算した。
(2)通気性:通気性に使用した土壌は、上記保水性を測定した試験対象の土壌をカラムに充填したまま24時間放置し、自然乾燥させたものを使用した。試験方法としては、クロマト管上部から水を100ml滴下し、クロマト管の下部から水が50g排出されるまでの時間を測定した。
上記方法に従って、各人工土壌培地の保水性及び通気性の評価を行った。結果を以下の表に示す。
<Test content>
(1) Water retention: Chromatographic tube (diameter: 30 mm, length: 300 mm) is filled with 150 cc of the soil to be tested, 100 ml of water is dropped from the upper part of the chromatographic tube, water is drained from the lower part of the chromatographic tube, and 3 minutes The weight when water did not fall from the chromatography tube was measured, and the weight of the soil to be tested, which had been measured in advance, was subtracted. This was converted into a water retention amount for 100 cc of the soil to be tested.
(2) Breathability: As the soil used for breathability, the soil of the test object whose water retention was measured was left to stand for 24 hours while being packed in a column, and was naturally dried. As a test method, 100 ml of water was dropped from the upper part of the chromatographic tube, and the time until 50 g of water was discharged from the lower part of the chromatographic tube was measured.
According to the above method, each artificial soil medium was evaluated for water retention and air permeability. The results are shown in the table below.
<試験結果>
表に示すように、実施例1〜10の人工土壌培地は、比較例1〜9の土壌培地と比較して、一定の通気性(1000秒未満)を維持しながら、高い保水性(人工土壌培地100ccあたり水分45cc以上)を確保することができ、通気性と保水性とが高い次元でバランスされていることが示された。これに対して、第一人工土壌粒子又は第二人工土壌粒子を単独で使用した比較例1〜6の人工土壌培地は、通気性又は保水性のどちらかの結果が悪く、通気性と保水性とをバランスさせることができなかった。また、第一人工土壌粒子よりも第二人工土壌粒子を大きく作製した比較例7及び8の人工土壌培地に関しては、高い通気性は確保できたが、保水性の向上は認められなかった。
<Test results>
As shown in the table, the artificial soil culture medium of Examples 1 to 10 has high water retention (artificial soil) while maintaining a constant air permeability (less than 1000 seconds) as compared with the soil culture medium of Comparative Examples 1 to 9. It was shown that a water content of 45 cc or more per 100 cc of the medium was ensured, and the air permeability and water retention were balanced at a high level. On the other hand, the artificial soil culture media of Comparative Examples 1 to 6 using the first artificial soil particles or the second artificial soil particles alone have poor results in either air permeability or water retention, and air permeability and water retention. Could not be balanced. Moreover, although the high air permeability was securable about the artificial soil culture medium of the comparative examples 7 and 8 which produced the 2nd artificial soil particle larger than the 1st artificial soil particle, the improvement of water retention was not recognized.
本発明の人工土壌粒子及び人工土壌は、植物工場等で行われる植物の栽培に利用可能であるが、その他の用途として、施設園芸用土壌培地、緑化用土壌培地、成型土壌培地、土壌改良剤等にも利用可能である。 The artificial soil particles and artificial soil of the present invention can be used for plant cultivation performed in a plant factory or the like, but as other uses, a soil culture medium for horticulture, a soil culture medium for greening, a molded soil medium, a soil improver Etc. can also be used.
1 繊維
2 フィラー
50a 第一人工土壌粒子
50b 第二人工土壌粒子
100 人工土壌培地
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記第一人工土壌粒子は、繊維を集合してなる繊維塊状体と、前記繊維塊状体の外表部に設けられる水分子が通過可能な被覆層とを備え、
前記第二人工土壌粒子は、細孔を有する複数のフィラーを集合してなり、前記複数のフィラーの間に連通孔が形成されるとともに、当該連通孔の周囲に前記細孔が分散配置される多孔質体を備え、
前記第一人工土壌粒子は、前記第二人工土壌粒子より大きいサイズに構成されている人工土壌培地。 An artificial soil medium containing first artificial soil particles and second artificial soil particles having different moisture absorption and release characteristics and sizes,
The first artificial soil particles include a fiber mass formed by collecting fibers, and a coating layer through which water molecules provided on the outer surface of the fiber mass can pass.
The second artificial soil particles are formed by aggregating a plurality of fillers having pores, communication holes are formed between the plurality of fillers, and the pores are dispersed around the communication holes. With a porous body,
The first artificial soil particles, said second artificial soil particles by Redirecting a artificial soil media are configured to listen size.
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